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关于纳米氧化锌
浏览次数:2284    发布日期:2008-1-30 13:27:22
 

中文名:纳米氧化锌

英文名:Zinc oxide,nanometer
别名:纳米锌白;Zinc White nanometer
CAS RN.:1314-13-2
分子式:ZnO
分子量:81.37

   纳米氧化锌(ZnO)粒径介于1-100 nm之间,是一种面向21世纪的新型高功能精细无机产品,表现出许多特殊的性质,如非迁移性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等,利用其在光、电、磁、敏感等方面的奇妙性能,可制造气体传感器、荧光体、变阻器、紫外线遮蔽材料、图像记录材料、压电材料、压敏电阻、高效催化剂、磁性材料和塑料薄膜等。

    纳米氧化锌是一种多功能性的新型无机材料,其颗粒大小约在1~100纳米。由于晶粒的细微化,其表面电子结构和晶体结构发生变化,产生了宏观物体所不具有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观隧道效应以及高透明度、高分散性等特点。近年来发现它在催化、光学、磁学、力学等方面展现出许多特殊功能,使其在陶瓷、化工、电子、光学、生物、医药等许多领域有重要的应用价值,具有普通氧化锌所无法比较的特殊性和用途。纳米氧化锌在纺织领域可用于紫外光遮蔽材料、抗菌剂、荧光材料、光催化材料等。由于纳米氧化锌一系列的优异性和十分诱人的应用前景,因此研发纳米氧化锌已成为许多科技人员关注的焦点。

  金属氧化物粉末如氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、三氧化二铝及氧化镁等,将这些粉末制成纳米级时,由于微粒之尺寸与光波相当或更小时,由于尺寸效应导致使导带及价带的间隔增加,故光吸收显著增强。各种粉末对光线的遮蔽及反射效率有不同的差异。以氧化锌及二氧化钛比较时,波长小于350纳米(UVB)时,两者遮蔽效率相近,但是在350~400nm(UVA)时,氧化锌的遮蔽效率明显高于二氧化钛。同时氧化锌(n=1.9)的折射率小于二氧化钛(n=2.6),对光的漫反射率较低,使得纤维透明度较高且利于纺织品染整。

  纳米氧化锌还可用来制造远红外线反射纤维的材料,俗称远红外陶瓷粉。而这种远红外线反射功能纤维是通过吸收人体发射出的热量,并且再向人体辐射一定波长范围的远红外线,除了可使人体皮下组织中血液流量增加,促进血液循环外,还可遮蔽红外线,减少热量损失,故此纤维较一般纤维蓄热保温。

  氧化锌是一种半导体催化剂的电子结构,在光照射下,当一个具有一定能量的光子或者具有超过这个半导体带隙能量Eg的光子射入半导体时,一个电子从价带NB激发到导带CB,而留下了一个空穴。激发态的导带电子和价带空穴能够重新结合消除输入的能量和热,电子在材料的表面态被捕捉,价态电子跃迁到导带,价带的孔穴把周围环境中的羟基电子抢夺过来使羟基变成自由基,作为强氧化剂而完成对有机物(或含氯)的降解,将病菌和病毒杀死。

  日本新兴人化公司、帝人公司、仓螺公司、钟纺公司、东洋公司等均生产防臭、抗菌及抗紫外线等纤维。例如日本仓螺公司将氧化锌微粉掺入异形截面的聚酯纤维或长丝中,开发出抗紫外光纤维,除了具有遮蔽紫外光的功能外,还有抗菌、消毒、除臭等功能。
  氧化锌是很好的光致发光材料,可利用紫外光、可见光或红外光作为激发光源而诱导其发光。氧化锌在室温下拥有较强的激发束缚能,可以在较低激发能量下产生有效率的放光。在过去几十年,有关发光模式曾有很多类型被提出,如氧空缺、间隙中的氧离子、锌离子缺陷或间隙中锌离子等。氧化锌是在蓝紫外光及或见光区颇有发光潜力的材料,近来更是广泛应用于平面显示器上或一些特殊功能的颜料上,在一定能量之光照下,颜料呈红色,而无光照时呈黑色。

  纳米氧化锌可用来处理空气污染方面的问题是因为它具有高比表面积、高活性、特殊物理性质、致使它对外界环境(如温度、光、湿气等)十分敏感,外界环境的改变会迅速引起其电阻的显著变化,此种特性使之在感测方面很有潜力。利用它可研发出耐热性及耐蚀性佳、应答速率快、灵敏度高、选择性好、元件制作容易,以及易与微处理器组合成气体感测系统或携带式监测器,因此被广泛地使用在家庭、工厂环境中以检测毒性气体及燃烧爆炸性气体。将氧化锌制成介电薄膜可广泛用于汽车燃料电磁、冷气机、手机及半导体器件。

  纳米氧化锌具有半导体的特性,在室温下具有比块材氧化锌更高的导电性,因而能起静电屏蔽作用。可制成抗静电涂料及白色导电纤维,同时其调色优于常用导电材料碳黑,故应用更为广泛。
  目前国内外开发纳米氧化锌需要解决的主要问题是,应致力把相关的制备技术、仪器分析设备及基础研究结合起来,得以制备出不同的粒径大小、结晶型态、及外观(球形、棒状、针状或树枝状)等,使得耐米氧化锌适合于各种产业的应用。

  加强制备过程中的分散技术,不产生二次聚集。

  加强纳米氧化锌与其他纳米材料或有机高分子材料的复合添加技术及相关的设备研究。

  加强纳米氧化锌涂层技术,使其适用于不同的领域,如抗静电、防紫外线及红外线吸收等。并使纳米氧化锌的应用产生出巨大的经济效益。 
 

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